Linux ARP协议源码详细讲解
ARP协议详解ARP报文结构
ARP协议详解ARP报文结构ARP协议详解与ARP报文结构ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一个重要的网络协议，用于将IP地址与MAC地址相互映射。
在局域网中，每个主机都有一个唯一的IP地址和MAC地址，而ARP协议则负责通过目标IP地址获取对应的MAC地址，从而实现数据包的正确传输。
一、ARP工作流程ARP的工作流程可以简单概括为以下几个步骤：1. 发送ARP请求：源主机A在发送数据包时，会先检查目标主机B的IP地址是否与自己在同一局域网中，如果不是，则需要获取目标主机的MAC地址。
A会根据目标主机的IP地址构建一个ARP请求包（ARP Request），该包中包含源主机A的IP地址、MAC地址以及目标主机的IP地址。
然后，A会将ARP请求包广播发送到局域网中的所有主机。
2. 接收ARP请求：局域网中的其他主机收到ARP请求包后会进行筛选，只有与ARP请求包中的目标IP地址相同的主机会继续处理。
3. 发送ARP响应：局域网中的目标主机B收到ARP请求包后会将自己的MAC地址信息封装在一个ARP响应包（ARP Reply）中，并发送给源主机A。
该ARP响应包中包含目标主机B的IP地址、MAC地址以及源主机A的IP地址。
4. 更新ARP缓存表：源主机A收到ARP响应包后会将目标主机B的IP地址与其对应的MAC地址映射关系添加到本地的ARP缓存表中，以备将来使用。
5. 数据传输：当主机A获取到目标主机B的MAC地址后，就可以将待发送的数据包封装在以太网帧中，通过局域网将数据包传输给目标主机B。
二、ARP报文结构ARP报文结构包括以下字段：1. 硬件类型（Hardware Type）：占2字节，表示硬件接口类型，例如以太网。
2. 协议类型（Protocol Type）：占2字节，表示网络协议类型，例如IPv4或IPv6。
3. 硬件地址长度（Hardware Address Length）：占1字节，表示源和目标MAC地址的长度，通常为6（以太网中的MAC地址长度）。
Linux下查看arp静态绑定地址详解
Linux下查看arp静态绑定地址详解首先，做两个对比试验：root@janbe root]# arp -a(192.168.8.241) at 00:15:58:A2:13: D0 [ether] on eth0(192.168.8.1) at 00:15:C5:E1: D1:58 [ether] on eth0[root@janbe bin]# arp -s 192.168.8.1 00:15:C5:E1: D1:58[root@janbe bin]# arp -a(192.168.8.241) at 00:15:58:A2:13: D0 [ether] on eth0(192.168.8.1) at 00:15:C5:E1: D1:58 [ether] PERM on eth0发现没有？多了一个PERM！！或者[root@janbe bin]# cat /proc/net/arpIP address HW type Flags HWaddress Mask Device192.168.8.241 0x1 0x2 00:15:58:A2:13:D0 * eth0192.168.8.1 0x1 0x6 00:15:C5:E1: D1:58 * eth0[root@janbe bin]# arp -s 192.168.8.241 00:15:58:A2:13: D0[root@janbe bin]# cat /proc/net/arpIP address HW type Flags HWaddress Mask Device192.168.8.241 0x1 0x6 00:15:58:A2:13:D0 * eth0192.168.8.1 0x1 0x6 00:15:C5:E1:D1:58 * eth0发现没有？Flags改变了！所以我们可以用两种方法找到arp的静态绑定地址：＃arp -a | grep PERM或者＃cat /proc/net/arp | grep 0x6但建议用后者比较快。
ARP协议的C语言实现源代码
struct hostent *hp; hp = gethostbyname2(target, AF_INET); printf("\ntarget = %s \n", target ); if (!hp) {
printf("Interface \"%s\" is down\n", if_dev); exit(2); } if (ifr.ifr_flags&(IFF_NOARP|IFF_LOOPBACK)) {
printf("Interface \"%s\" is not ARPable\n", if_dev); exit(2); } return ifindex; } // check_device() int socket_init() {
fprintf(stderr, "arping: unknown iface %s\n", if_dev); exit(2); } ifindex = ifr.ifr_ifindex; if (ioctl(ss, SIOCGIFFLAGS, (char*)&ifr)) { perror("ioctl(SIOC); } if (!(ifr.ifr_flags&IFF_UP)) {
perror("bind"); exit(2); } int alen = sizeof(me); if (getsockname(s, (struct sockaddr*)&me, &alen) == -1) { perror("getsockname"); exit(2); } if (me.sll_halen == 0) { printf("Interface \"%s\" is not ARPable (no ll address)\n", device); exit(2); } he = me; memset(he.sll_addr, -1, he.sll_halen); // set dmac addr FF:FF:FF:FF:FF:FF return s; } int create_pkt(unsigned char * buf, struct in_addr src, struct in_addr dst, struct sockaddr_ll * FROM, struct sockaddr_ll * TO) { struct arphdr *ah = (struct arphdr*) buf; unsigned char *p = (unsigned char *)(ah+1); ah->ar_hrd = htons(FROM->sll_hatype); if (ah->ar_hrd == htons(ARPHRD_FDDI)) ah->ar_hrd = htons(ARPHRD_ETHER); ah->ar_pro = htons(ETH_P_IP); ah->ar_hln = FROM->sll_halen; ah->ar_pln = 4; ah->ar_op = htons(ARPOP_REQUEST); memcpy(p, &FROM->sll_addr, ah->ar_hln); p+=FROM->sll_halen; memcpy(p, &src, 4); p+=4; memcpy(p, &TO->sll_addr, ah->ar_hln); p+=ah->ar_hln; memcpy(p, &dst, 4); p+=4;
linux arp 工作原理
linux arp 工作原理Linux ARP（Address Resolution Protocol）是一种网络协议，用于将IP地址转换为MAC地址。
在本文中，我们将探讨Linux ARP的工作原理。
ARP的目的是将IP地址与MAC地址相互映射，以便在网络中进行通信。
在实际的网络通信中，数据包是通过MAC地址进行传输的，而IP地址则用于标识不同的主机。
因此，需要一种机制来将IP地址转换为MAC地址，这就是ARP的作用。
当一台主机需要与另一台主机进行通信时，它首先会检查自己的ARP缓存表（ARP cache）中是否有对应的IP地址和MAC地址的映射。
如果有，它就可以直接使用该MAC地址发送数据包。
如果没有，它就需要发送一个ARP请求广播以寻找目标主机的MAC地址。
ARP请求广播是一种特殊的数据包，其中包含了发送方的IP地址和MAC地址，以及目标IP地址。
当目标主机收到这个广播消息后，它会检查自己的IP地址是否与请求中的目标IP地址匹配。
如果匹配，它就会向发送方发送一个ARP响应，其中包含了自己的IP地址和MAC地址。
当发送方收到ARP响应后，它会将目标主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP缓存表中，并使用该MAC地址发送数据包。
这样，下次发送方需要与目标主机通信时，就可以直接使用已知的MAC地址，而无需发送ARP请求。
需要注意的是，ARP是一个局域网协议，只适用于同一个子网内的通信。
如果目标主机与发送方不在同一个子网内，发送方在发送数据包之前还需要获取网关的MAC地址。
这时，发送方会向网关发送ARP请求，以获取网关的MAC地址。
ARP缓存表是动态维护的，会随着时间的推移而更新。
当一条记录在一定时间内没有被使用时，系统会将其从ARP缓存表中删除。
这是为了保持ARP缓存表的有效性，并防止过时的映射导致通信错误。
总结一下，Linux ARP工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 发送方检查ARP缓存表，如果有目标主机的MAC地址映射，则直接发送数据包。
linux struct arphdr结构
linux struct arphdr结构
struct arphdr是Linux中用于定义ARP报文头部的结构体。
ARP（Address Resolution Protocol）是一种网络协议，用于将IP地址映射到MAC地址。
struct arphdr结构体定义了ARP报文的格式，包括以下字段：
- ar_hrd：硬件地址类型，指定ARP使用的硬件类型，如Ethernet。
- ar_pro：协议地址类型，指定ARP使用的协议类型，如IPv4。
- ar_hln：硬件地址长度，表示硬件地址的字节数。
- ar_pln：协议地址长度，表示协议地址的字节数。
- ar_op：操作码，指定ARP报文的类型，如ARP请求和ARP响应。
通过使用struct arphdr，可以轻松地构建和解析ARP报文。
例如，在发送ARP
请求时，可以设置ar_op字段为ARP请求的操作码，并设置其他字段来指示发送
者的硬件和协议地址，以及目标地址。
同样地，在接收ARP报文时，可以使用struct arphdr来解析报文头部，从中提取所需的信息。
结构体的使用让开发人员可以在Linux中处理ARP报文变得更加简单和高效。
通过了解struct arphdr的定义和使用方法，开发人员可以更好地理解和操作ARP协议，在网络编程中起到关键作用。
总之，通过使用Linux中的struct arphdr结构体，开发人员能够方便地处理
ARP报文，实现IP地址到MAC地址的映射。
这对于网络编程和网络管理非常重要，有助于提高网络通信的效率和可靠性。
linuxarp命令常用参数详解
linuxarp命令常⽤参数详解linux arp 命令常⽤参数详解显⽰和修改地址解析协议(ARP)使⽤的“IP 到物理”地址转换表。
ARP -s inet_addr eth_addr [if_addr]ARP -d inet_addr [if_addr]ARP -a [inet_addr] [-N if_addr] [-v]-a 通过询问当前协议数据，显⽰当前 ARP 项。
如果指定 inet_addr，则只显⽰指定计算机的 IP 地址和物理地址。
如果不⽌⼀个⽹络接⼝使⽤ ARP，则显⽰每个 ARP 表的项。
-g 与 -a 相同。
-v 在详细模式下显⽰当前 ARP 项。
所有⽆效项和环回接⼝上的项都将显⽰。
inet_addr 指定 Internet 地址。
-N if_addr 显⽰ if_addr 指定的⽹络接⼝的 ARP 项。
-d 删除 inet_addr 指定的主机。
inet_addr 可以是通配符 *，以删除所有主机。
-s 添加主机并且将 Internet 地址 inet_addr与物理地址 eth_addr 相关联。
物理地址是⽤连字符分隔的 6 个⼗六进制字节。
该项是永久的。
eth_addr 指定物理地址。
if_addr 如果存在，此项指定地址转换表应修改的接⼝的 Internet 地址。
如果不存在，则使⽤第⼀个适⽤的接⼝。
⽰例:添加静态项。
这个很有⽤，特别是局域⽹中中了arp病毒以后> arp -s 123.253.68.209 00:19:56:6F:87:D2> arp -a .... 显⽰ ARP 表。
但是arp -s 设置的静态项在⽤户登出之后或重起之后会失效，如果想要任何时候都不失效，可以将ip和mac的对应关系写⼊arp命令默认的配置⽂件/etc/ethers中例如：引⽤root@ubuntu:/# vi /etc/ethers211.144.68.254 00:12:D9:32:BF:44写⼊之后重起以下⽹络就好了。
linuxarp命令的功能及使用方法
linuxarp命令的功能及使用方法Arp命令（Address Resolution Protocol）是一个用于在局域网内解决IPv4地址与MAC（物理）地址之间映射关系的网络协议。
它主要用于根据目标IPv4地址查询目标MAC地址，以实现数据包的传输。
在Linux系统中，arp命令用于管理和操作本地ARP缓存表。
本文将详细介绍Linux中arp命令的功能及使用方法。
一、功能介绍：1. 查看ARP缓存表-arp -a使用arp -a命令可以查看本地ARP缓存表的信息，包括IP地址、MAC地址、接口类型等。
2. 添加静态ARP表项-arp -s通过arp -s命令可以添加或修改静态ARP表项，声明一些IPv4地址对应的MAC地址，静态ARP表项不会自动过期。
3. 删除ARP表项-arp -d通过arp -d命令可以删除指定的ARP表项，将其从本地ARP缓存表中移除。
4. 清空ARP缓存表-arp -c使用arp -c命令可以清空本地ARP缓存表，删除所有的ARP表项。
二、使用方法：1.查看ARP缓存表输入命令：arp -a示例输出：```(192.168.1.1) at 00:11:22:33:44:55 [ether] on eth0(192.168.1.2) at 00:11:22:33:44:56 [ether] on eth0(192.168.1.3) at 00:11:22:33:44:57 [ether] on eth0...```2.添加静态ARP表项输入命令：arp -s IP地址 MAC地址示例命令：arp -s 192.168.1.100 00:11:22:33:44:66添加了一个静态的ARP表项，将192.168.1.100对应的MAC地址设置为00:11:22:33:44:663.删除ARP表项输入命令：arp -d IP地址示例命令：arp -d 192.168.1.100删除了ARP缓存表中的192.168.1.100对应的条目。
Linux实现的ARP缓存老化时间原理解析
Linux实现的ARP缓存老化时间原理解析一.问题众所周知，ARP是一个链路层的地址解析协议，它以IP地址为键值，查询保有该IP地址主机的MAC地址。
协议的详情就不详述了，你可以看RFC，也可以看教科书。
这里写这么一篇文章，主要是为了做一点记录，同时也为同学们提供一点思路。
具体呢，我遇到过两个问题：1.使用keepalived进行热备份的系统需要一个虚拟的IP地址，然而该虚拟IP地址到底属于哪台机器是根据热备群的主备来决定的，因此主机器在获得该虚拟IP的时候，必须要广播一个免费的arp，起初人们认为这没有必要，理由是不这么做，热备群也工作的很好，然而事实证明，这是必须的；2.ARP缓存表项都有一个老化时间，然而在linux系统中却没有给出具体如何来设置这个老化时间。
那么到底怎么设置这个老化时间呢？二.解答问题前的说明ARP协议的规范只是阐述了地址解析的细节，然而并没有规定协议栈的实现如何去维护ARP缓存。
ARP缓存需要有一个到期时间，这是必要的，因为ARP缓存并不维护映射的状态，也不进行认证，因此协议本身不能保证这种映射永远都是正确的，它只能保证该映射在得到arp应答之后的一定时间内是有效的。
这也给了ARP欺骗以可乘之机，不过本文不讨论这种欺骗。
像Cisco或者基于VRP的华为设备都有明确的配置来配置arp缓存的到期时间，然而Linux系统中却没有这样的配置，起码可以说没有这样的直接配置。
Linux用户都知道如果需要配置什么系统行为，那么使用sysctl工具配置procfs下的sys接口是一个方法，然而当我们google了好久，终于发现关于ARP的配置处在/proc/sys/net/ipv4/neigh/ethX的时候，我们最终又迷茫于该目录下的N多文件，即使去查询Linux内核的Documents也不能清晰的明了这些文件的具体含义。
对于Linux这样的成熟系统，一定有办法来配置ARP缓存的到期时间，但是具体到操作上，到底怎么配置呢？这还得从Linux实现的ARP状态机说起。
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Linux ARP协议源码详细讲解arp_tbl是一个类型为struct neigh_table的全局变量，它是一个ARP的缓存表，也称为邻居表。
协议栈通过ARP协议获取到的网络上邻居主机的IP地址与MAC地址的对应关系都会保存在这个表中，以备下次与邻居通讯时使用，同时，ARP模块自身也会提供一套相应的机制来更新和维护这个邻居表。
下面逐个分析arp_tbl中的重要成员数据与函数。
entry_size，key_len，kmem_cachep。
entry_size是一个入口的大小，也就是arp_tbl中一个邻居的大小，邻居用struct neighbour结构体表示，该结构体的最后一个成员是u8 primary_key[0]，用于存放IP地址，作为这个邻居的哈希主键。
所以entry_size 的大小就是sizeof(struct neighbour) + 4，因为是用IP地址作主键，所以key_len就是4。
kmem_cachep是一个后备高速缓存，创建一个邻居需要的内存从这个后备高速缓存中去取。
hash_buckets，hash_mask，entries，hash。
hash_buckets是一个哈希数组，里面存放了arp_tbl当前维护的所有的邻居，hash_mask是哈希数组大小的掩码，其初始值为1，所以 hash_buckets的初始大小为2(0到hash_mask的空间范围)。
entries是整个arp_tbl中邻居的数量，当entries大于 hash_mask+1的时候，hash_buckets增长为原来的两部。
成员hash是一个哈希函数指针，用于计算哈希值。
phash_buckets，PNEIGH_HASHMASK。
这是用于代理ARP的邻居哈希表，PNEIGH_HASHMASK固定为0xF,所以phash_buckets固定有16项，其它与hash_buckets相同。
id。
id作为这个邻居表的一个名称，是一个字符串信息，内核协议栈的arp_tbl 的id是arp_cache。
gc_interval，gc_thresh1，gc_thresh2，gc_thresh3。
gc_thresh3是arp_tbl中允许拥有的邻居数量的上限，一旦超过这个上限，并且表中没有可以清理掉的垃圾邻居，那么就无法创建新的邻居，这个值缺省被置为1024。
gc_thresh2是第二个阀值，如果表中的邻居数量超过这个阀值，并且在需要创建新的邻居时，发现已经超过5秒时间表没有被刷新过，则必须立即刷新arp_tbl表，进行强制垃圾回收，这个值缺省被置为512。
gc_thresh1的用途暂时还没有发现，它缺省被置为128。
gc_interval应该是常规的垃圾回收间隔时间，被缺省置为30秒，但目前在源代码中似乎没有看到它的应用。
强制垃圾收集的工作即是把引用计数为 1，且状态中没有NUD_PERMANENT的邻居全部从arp_tbl表中删除。
gc_timer。
这是一个常规垃圾回收的定时器，其定时处理函数是neigh_periodic_timer。
该定时器超时后，处理函数处理hash_buckets表中的一项，下次超时后，再处理下一项，这里的垃圾回收比强制垃圾回收条件要宽松得多，如果邻居的状态为NUD_PERMANENT或 NUD_IN_TIMER(该邻居正在解析中)，则不能回收。
当邻居的引用计数为1时，并且邻居状态为NUD_FAILED(解析失败)或者该邻居距最近一次被使用时间已超过参数表中gc_staletime的值(缺省为60秒),则可以作为垃圾回收。
回收完毕后，要设置下一次进行回收的时间(gc_timer的超时时间)，下次回收时间为参数表中base_reachable_time的值(缺省设为30秒)的一半，再除以 hash_buckets哈希表中的项数。
也就是，基本上15秒左右会把整个arp_tbl缓存表进行一次垃圾回收。
proxy_timer，proxy_queue，proxy_redo。
proxy_timer是一个关于代理ARP的定时器，proxy_queue是一个待处理的代理ARP数据包的队列，每次定时器超时，处理函数 neigh_proxy_process依次检查队列中每一个代理ARP数据包(struct sk_buff)，对于超时，且满足相关条件的，调用proxy_redo进行处理。
有关代理ARP，将专门分析讲述，这里暂时略过。
constructor。
这是一个邻居的初始化函数指针，每次创建出一个邻居后，需要马上调用这个函数对新创建的邻居进行一些初始化操作。
邻居创建完，已经被赋于一个IP地址(邻居结构体的primary_key成员)，该函数首先根据这个IP地址来确定其地址类型，然后为邻居选择相应的操作函数集(初始化邻居结构体的一些成员，在讲到邻居结构体内容时再进行分析)。
pconstructor，pdestructor。
这是代理ARP的邻居的构建和析构函数指针，在IPv4模块中，未提供这两个函数，所以它们的指针值为空。
parms。
这是一个结构体struct neigh_parms的链表，系统中每个网络设备接口对应链表中一个节点，表示该设备接口上的邻居的一些传输参数。
同时，链表中还有一个缺省的项。
last_rand，hash_rand这两个成员其实没有联系，hash_rand是用于邻居哈希表hash_buckets的一个随机数，last_rand用于记录一个时间，即上次为 parms链表中每个节点生成reachable_time的时间，reachable_time是需要被定时刷新的。
stats。
记录arp_tbl被操作次数的一些统计数据。
结构体struct neigh_table是一个哈希表，用于描述物理上互相连接的机器的信息。
ARP缓存myarp_tbl就是这样的一个结构。
在分析ARP相关的初始化之前，我们先来看一下这个结构体：truct neigh_table{struct neigh_table *next;int family;int entry_size;int key_len;__u32 (*hash)(const void *pkey, const struct net_device *);int (*constructor)(struct neighbour *);int (*pconstructor)(struct pneigh_entry *);void (*pdestructor)(struct pneigh_entry *);void (*proxy_redo)(struct sk_buff *skb);char *id;struct neigh_parms parms;/* HACK. gc_* shoul follow parms without a gap! */int gc_interval;int gc_thresh1;int gc_thresh2;int gc_thresh3;unsigned long last_flush;struct timer_list gc_timer;struct timer_list proxy_timer;struct sk_buff_head proxy_queue;atomic_t entries;rwlock_t lock;unsigned long last_rand;kmem_cache_t *kmem_cachep; struct neigh_statistics *stats; struct neighbour **hash_buckets; unsigned int hash_mask;__u32 hash_rnd;unsigned int hash_chain_gc;struct pneigh_entry **phash_buckets;#ifdef CONFIG_PROC_FSstruct proc_dir_entry *pde;#endif};entry_size是一个入口的长度，一个入口代表一个neighbour的信息,hash_buckets即为存放所有邻居的一个哈希数组，每一项对应一条neighbour链表。
struct neighbour用于代表一个neighbour，包含了其信息，下面是其重要的一些成员：dev代表与这个邻居相连的网络设备；nud_state代表邻居的状态（未完成，无法访问，过时，失败）；ha表示邻居的mac地址；hh是以太网包的头部缓存；arp_queue是等待这个邻居的硬件地址的IP包队列；ops是对该neighbour节点操作的一套函数；primary_key是哈希表的主键，一般为IP地址。
key_len是哈希表主键的长度，一般IP地址长度为4。
几个函数分别为哈希函数，构造和析构函数。
parms是ARP缓存的一些参数，包括ARP包传输时间，重发时间，队列长度和代理队列长度等等。
ARP缓存有一个回收机制（garbage collection），上面以gc_开头的参数用来设置回收的频率和阀值等等。
stats是一些关于邻居的统计信息。
ARP初始化的第一个步是初始化ARP缓存myarp_tbl，并把它加到全局链表neigh_tables的表头，其实，系统中所有的neigh_table都放在这个表中。
ptype_base是一个有16项的哈希数组，每种协议包类型都注册在这个数组中。
arp包，其类型是ETH_P_ARP，其接收函数是 myarp_rcv。
有了这个注册信息，当设备上收到一个网络包（packet）的时候，会分配一个sk_buff(skb)，将数据拷贝进这个缓冲区，然后调用netif_rx把skb放入等待队列（input_pkt_queue）中，并且产生一个软中断。
当系统处理这个软中断的时候，会调用 net_rx_action，它根据网络包的类型，调用相应的接收函数来处理。
如果是ARP包，则调用myarp_rcv。
ARP缓存myarp_tbl是用于描述物理上相互连接的机器的信息的一个哈希表，关于这个缓存，我们前面作过分析。
现在我们来看看，当主机收到一个需要本地接收的ARP请求时，如何向ARP缓存中更新一个ARP信息。
当网络设备收到一个ARP数据包后，最终会调用到协议栈中的myarp_process处理函数，这个函数的处理会涉及到路由表的查询和更新。
但我们现在的my_inet模块还没有真正完成路由表的初始化，所以略过其中很多细节，只关注ARP缓存的更新与查询。
myarp_process通过调用__neigh_lookup函数更新ARP缓存，下面是该函数的定义：static inline struct neighbour * __neigh_lookup(struct neigh_table *tbl,const void *pkey,struct net_device *dev,int creat)参数tbl是ARP缓存哈希表，传入全局变量myarp_tbl。